图1-9h-s图中汽轮机级的热力过程 (a)带反动度的冲动级(b)纯冲动级 第二节级的轮周效率和最佳速度比
一、速度三角形和轮周功率 1.动叶进口速度三角形
蒸汽在喷嘴中膨胀后，以绝对速度c2离开喷嘴。c1与叶轮旋转平面的夹角用α1表示，为喷嘴出口汽流方向角。当蒸汽进入动叶栅时，由于动叶栅是以圆周速度u=πdmn/60(m/s)在移动(式中dm是动叶片高度一半处的直径，称为级的平均直径；n为汽轮机每分钟的转数)，当以旋转叶轮为参照物时，进入动叶栅的蒸汽速度就不是c1，而是蒸汽与动叶栅的相对速度w1，w2，与叶轮旋转平面的夹角用β1表示，β1为动叶进口汽流方向角。此时，由式 (1-12)和式(1-33)可得
(1-37)
在求出速度c1后，可以根据喷嘴出口汽流方向角α1及圆周速度u作出动叶进口速度三角形，如图1-10(a)所示，进而可求得动叶进口相对速度w1及其方向角β1，也可根据三角形的余弦定理、正弦定理用分析法求得w1和β1分别为
(1-38)
(1-39)
2.功叶出口速度三角形 汽流在动叶通道内改变方向后，在离开动叶时，其相对速度用w2表示，它的方向与叶轮旋转平面的夹角用β2表示，为动叶汽流出口角。w2的数值可以比w1大，也可以比它小。一般在冲动级内，当汽流在动叶栅中膨胀很少，或是没有膨胀，由于汽流在流动中总有损失存在，则可能w2w1；当冲动级的反动度较大，或是在反动级中，由于蒸汽在动叶通道内继续膨胀，因而使w2w1。
由式(1-28)和式(1-35)，可得
(1-40)
图1-10动叶栅进出口汽流速度三角形
(a)动静叶栅汽道示意图；(b)预点靠拢的速度三角形
在求出相对速度w2后，可根据动叶汽流出口角β2及圆周速度u作出动叶出口速度三角形，如图1-10(a)所示。β2的数值约为20°～30°。对于冲动级，β2约比β1小3°～6°，进而可求出动叶出口绝对速度c2及其方向角α2，也可用分析法求得
(1-41)
(1-42)
在实际应用中，我们常将一级的速度三角形画成如图1-10(b)的形式，以便于计算。
当蒸汽以绝对速度c2离开这一级时，蒸汽所带走的动能为c22/2。对这一级来说，这部分动能由于不能被利用，所以称为该级的余速损失，用Δhc2表示，即
(1-43)
在多级汽轮机中，一级的余速损失常可部份或全部被下一级所利用。若以余速利用系数μ1表示该级的余速动能被下一级所利用的部分，也就是下一级喷嘴进口蒸汽所具有的动能目，则
(1-44)
式中c'0-下一级喷嘴进口的蒸汽速度，m/s。
对于多级汽轮机，相邻两个级之间的关系比较复杂，余速利用的情况也就不是一个简单的全部利用或是全部不利用的问题。一般可有下列情况： (1)相邻两个级的平均直径接近相等，蒸汽通过两级之间时在半径方向上运动距离不大；
(2)喷嘴进口的方向与上一级蒸汽余速方向相符； (3)相邻两级都是全周进汽；
(4)相邻两个级的蒸汽流量没有变化，即级间无回热抽汽。
当上述情况都能满足，可取μ1=1；当第三项不满足时，μ1=0；当第四项不满足时，μ1=0.5；第一、二项的条件难以判定，一般可取μ1=0.3～0.8。 (二)轮周功率
单位时间内蒸汽推动叶轮旋转所做的机械功，称为轮周功率。根据力学的定义，功率应为作用力与作用力方向上的速度的乘积，轮周功率则应是轮周作用力与轮周速度的乘积，即
Pu=Fuu
式中Pu--轮周功率，W；
Fu--蒸汽对于动叶栅在轮周方向的作用力，N； u-动叶栅在轮周方向上的速度，m/s。
(1-45)
根据力学原理，汽流作用于动叶的轮周力Fu应与动叶作用于汽流的力F'u大小相等向相反，即
Fu=-Fu
由力学第二定律得Fu=ma(令轮周方向为正)
式中m--在单位时间内通过动叶栅的蒸汽质量，kg/s； a--单位时间内，蒸汽在轮周方向上速度的变化，m/s2。 所以
(1-46)
又因为单位时间内通过动叶栅的蒸汽量G=m/Δt，代人式(1-46)，得
(1-46a)
则轮周功率
(1-47)
每单位蒸汽量所产生的轮周功为
(1-48)
式中：c1u=c1cosα1，c2u=c2cosα2。 根据速度三角形的余弦定理可得
代人式(1-48)，即可导出轮周功的另一表达形式：
(1-49)
式(1-49)表明，单位蒸汽流量在一级内所做的轮周功Wu为：由喷嘴带进动叶的蒸汽动能c12/2、蒸汽在动叶栅中由于热能的继续转换而增加的动能
(w22-w12)/2以及蒸汽离开该级时所带走的能量{-c22/2}这三部分能量的代数和。 轮周功也可以根据一个级的能量平衡条件求得。一级中的理想可用能量包括被分配在该级中的蒸汽理想比焓降Δht，和喷嘴进口处的蒸汽动能c12/2，而轮周损失则包括喷嘴损失Δhnξ动叶损失Δhbξ和余速损失Δhc2，因此每单位蒸汽流量所做的轮周功为
(1-50)
二、轮周效率及其与速度比的关系 (一)轮周效率
单位蒸汽量流过某级时所产生的轮周功Wu与蒸汽在该级中的理想可用能量E0之比，称为该级的轮周效率，用W来表示，即
(1-51)
在计算轮周效率时，若该级的余速损失中有部分能量可被下一级所利用，其值为μ1c22/2，并已计人在下一级的理想可用能量中，因此，应在该级的理想可用能量中扣除这一部分，所以级内的理想可用能为